Herschel, em 1880, começou a escrever sobre a condensação da luz…

Herschel, em 1880, começou a escrever sobre a condensação da luz solar no foco de uma lente e queria verificar de que maneira os raios coloridos contribuem para o aquecimento. Para isso, ele projetou sobre um anteparo o espectro solar obtido com um prisma, colocou termômetros nas diversas faixas de cores e verificou nos dados obtidos que um dos termômetros iluminados indicou um aumento de temperatura maior para uma determinada faixa de frequências.

SAYURI, M.; GASPAR, M. B. Infravermelho na sala de aula. Disponível em: www.cienciamao.usp.br. Acesso em: 15 ago. 2016 (adaptado).

Para verificar a hipótese de Herschel, um estudante montou o dispositivo apresentado na figura. Nesse aparato, cinco recipientes contendo água, à mesma temperatura inicial, e separados por um material isolante térmico e refletor são posicionados lado a lado (A, B, C, D e E) no interior de uma caixa de material isolante térmico e opaco. A luz solar, ao entrar na caixa, atravessa o prisma e incide sobre os recipientes. O estudante aguarda até que ocorra o aumento da temperatura e a afere em cada recipiente.

Em qual dos recipientes a água terá maior temperatura ao final do experimento?

GABARITO: A

O experimento descrito refere-se à histórica descoberta da radiação infravermelha por William Herschel no ano de 1800. Ao decompor a luz solar com um prisma, Herschel obteve o espectro visível (que vai do vermelho ao violeta). Ele utilizou termômetros para medir o aquecimento provocado por cada cor e percebeu que a temperatura aumentava à medida que movia o termômetro do violeta para o vermelho. No entanto, o resultado mais surpreendente foi que a maior temperatura foi registrada em uma região logo após a cor vermelha, onde não havia luz visível.

Essa região é o infravermelho, que possui frequências menores que a luz vermelha e um alto poder de aquecimento devido à forma como a energia solar é distribuída e absorvida pela matéria. Analisando a imagem fornecida:

• O feixe identificado como Vermelho incide sobre o recipiente B.
• O feixe identificado como Violeta incide sobre o recipiente E.
• O recipiente A está posicionado antes do vermelho, na zona de invisibilidade correspondente ao infravermelho.

Portanto, o recipiente A apresentará a maior temperatura ao final do experimento.

Análise das alternativas:

• Correta. O recipiente A está na região do infravermelho, que é a faixa do espectro solar com maior efeito térmico observado no experimento de Herschel.
• Incorreta. O aluno assume que a maior temperatura deve ocorrer no limite visível do espectro: $T_{max} = T_{\text{vermelho}}$. Como o vermelho aponta para o recipiente 2 da sequência, ele marca a alternativa B.
• Incorreta. O aluno calcula a posição central média entre os recipientes iluminados: $\frac{1 + 5}{2} = 3$. Assim, escolhe o recipiente central C acreditando que a energia se concentra no meio do espectro visível.
• Incorreta. O aluno confunde a escala e inverte a ordem de aquecimento, atribuindo ao recipiente D um valor alto de energia por estar próximo ao violeta, baseando-se na contagem regressiva da direita para a esquerda: $5 - 1 = 4$ (posicionamento de D).
• Incorreta. O aluno aplica erroneamente a relação $E = h \cdot f$, supondo que frequências maiores (violeta) resultam em maior aquecimento térmico imediato. Como $f_{\text{violeta}} > f_{\text{vermelho}}$, ele conclui que o recipiente 5 (E) é o mais quente.